電子電工教材第1章.ppt

第一章,電路的基本概念和基本定律,1.1 電路的基本概念,1.1.1 電路的組成及其作用,電路的功能,實(shí)現(xiàn)電能的傳輸和轉(zhuǎn)換,傳遞和處理信號(hào)（信息）,將一些電氣設(shè)備或元器件，依所要完成的功能，按一定方式組成的整體稱為電路,電路：,由理想電路元件組成的電路,電路模型：,1.1.2 電路模型,負(fù)載,基本理想電路元件,1.1.3 電路的基本物理量及其參考方向,電流：電流是電荷(帶電粒子)有規(guī)則的定向運(yùn)動(dòng)而形成的，數(shù)值上等于單位時(shí)間內(nèi)通過某一導(dǎo)體橫截面的電荷量。,實(shí)際方向： 物理中對(duì)電量規(guī)定的方向。,參考方向： 在分析計(jì)算時(shí)，對(duì)電量人為規(guī)定的方向。,規(guī)定正電荷移動(dòng)的方向?yàn)殡娏鞯姆较?當(dāng)電流的實(shí)際方向與其參考方向相同時(shí)，電流為正值；反之，當(dāng)電流的實(shí)際方向與參考方向相反時(shí)，則電流為負(fù)值。,參考方向與實(shí)際方向相同,參考方向與實(shí)際方向相反,電動(dòng)勢(shì)：電動(dòng)勢(shì)表征電源中外力作功的能力，其大小等于外力克服電場(chǎng)力把單位正電荷從負(fù)極搬到正極所作的功，方向是從負(fù)極指向正極，用E表示。,電位：電場(chǎng)中某一點(diǎn)單位正電荷所具有的位能。a點(diǎn)的電位用Va來表示。,電壓（電位差）：指兩點(diǎn)電位之差。用U表示，a、b間的電壓用Uab表示，Uab=Va-Vb。,電壓的方向規(guī)定為從高電位點(diǎn)指向低電位點(diǎn)，即電位降的方向。,電路的簡(jiǎn)化,例 如圖所示，已知：,在下列兩種情況下求各點(diǎn)的電 位以及電壓Uab和Ubc： (1) 取a為參考點(diǎn)； (2) 取b為參考點(diǎn)。,解 (1) 取a為參考點(diǎn),(2) b為參考點(diǎn),結(jié)論：從上述計(jì)算結(jié)果可以看到，電位與參考點(diǎn)的選取有關(guān)，參考點(diǎn)不同，各點(diǎn)電位不同；而電壓與參考點(diǎn)的選取無關(guān)，參考點(diǎn)不同，兩點(diǎn)之間的電壓不變，但電壓的參考方向不同，則符號(hào)不同。,功率表征電路元件中能量變換的速率。,電 功 率,電壓、電流在關(guān)聯(lián)參考方向下，功率的計(jì)算公式為,電壓、電流在非關(guān)聯(lián)參考方向下，功率的計(jì)算公式為,當(dāng)功率P0時(shí)，表示該部分電路吸收功率，是負(fù)載；當(dāng)功率P0時(shí)，表示該部分電路發(fā)出功率，是電源。,1.1.4 電氣設(shè)備的額定值及電路的工作狀態(tài),電氣設(shè)備的額定值表示電氣設(shè)備的正常工作條件、狀態(tài)和容量，通常標(biāo)在設(shè)備的銘牌上，在產(chǎn)品說明書中也可以查到。使用電氣設(shè)備時(shí)，一定要注意它的額定值，避免出現(xiàn)不正常的情況或發(fā)生事故。,1. 空載狀態(tài)（開路狀態(tài)）:,2. 短路狀態(tài)：,3. 負(fù)載狀態(tài),滿載：電路中電流達(dá)到電源或供電 線的額定電流時(shí),過載：電路中電流超過額定電流時(shí),欠載：電路中電流小于額定電流時(shí),不接負(fù)載的狀態(tài)。,負(fù)載電阻為零 的狀態(tài),電路的幾種工作狀態(tài),1.2 基本理想電路元件,1.2.1 電阻元件,歐姆定律,（常用單位：，k，M ）,1 M = 106 1 k = 103 ,電導(dǎo)G：,電阻R的倒數(shù)。,單位為西門子（S）,電阻元件上的功率為：,1.2.2 電容元件,（單位：F， F， pF）,1 pF = 106 F 1 F = 10 6 F,電容上電流、電壓的關(guān)系,所以，在直流穩(wěn)態(tài)電路中電容相當(dāng)于斷路（開路）。,電容兩端的電壓是不能突變的，否則需無窮大的電流。,特例：電容接理想電壓源時(shí)，電壓可以突變。,當(dāng)電容兩端電壓與流過的電流采用關(guān)聯(lián)參考方向時(shí)，則,（單位：H， mH， H）,1 H = 10 6 H 1 mH = 103 H,1.2.3 電感元件,電感上電壓、電流的關(guān)系,所以，在直流穩(wěn)態(tài)電路中電感相當(dāng)于短路。,流過電感的電流是不能突變的，否則需無窮大的電壓。,特例：電感接理想電流源時(shí)，電流可以突變。,當(dāng)電感兩端電壓與流過的電流采用關(guān)聯(lián)參考方向時(shí)，則,(b),例 在圖a所示電路中，已知電容C2F，電阻R=1k，電壓u(t)的波形如圖b，試畫出電流,和,的波形,1.2.4 電壓源,實(shí)際電壓源的等效電路,1.2.5 電流源,實(shí)際電流源模型,1.2.6 受控電源,1.3 基爾霍夫定律,支路： 電路中的每一分支稱為支路，一條支路流過同一個(gè)電流，稱為支路電流。,節(jié)點(diǎn)： 電路中三條或三條以上支路的聯(lián)接點(diǎn)稱為節(jié)點(diǎn)。,回路：電路中的任意一個(gè)閉合路徑稱為回路。,網(wǎng)孔：回路中不包含其他支路的最簡(jiǎn)單的回路稱為網(wǎng)孔，也叫做單孔回路。,基爾霍夫定律是電路的基本定律，包括基爾霍夫電流和基爾霍夫電壓兩個(gè)定律。,支路：三條支路，分別流過電流I1、I2、I3。,回路：abca、 abda、abda共3 個(gè)。,節(jié)點(diǎn)：a、 b共2個(gè)節(jié)點(diǎn)。,網(wǎng)孔：abca、abda 共2個(gè),例,在任一瞬時(shí)，流入某節(jié)點(diǎn)的電流之和等于流出該節(jié)點(diǎn)的電流之和?；蛘哒f，在任一瞬時(shí)，任一節(jié)點(diǎn)上電流的代數(shù)和恒等于零。即：I=0,基爾霍夫電流定律（KCL）,基爾霍夫電流定律也叫基爾霍夫第一定律或節(jié)點(diǎn)電流定律。,或,基爾霍夫電流定律的推廣,基爾霍夫電流定律也可以應(yīng)用于包圍部分電路的任一假設(shè)的閉合面，即在任一瞬間，流入某一閉合面的電流之和等于流出該閉合面的電流之和。,或?qū)懗?例 已知I1=3A，I4=5A，I5=4A。求I2、I3和I6。,解 應(yīng)用基爾霍夫電流定律列方程求解,由節(jié)點(diǎn)b得,由虛線所示的廣義節(jié)點(diǎn)得,由節(jié)點(diǎn)a得,基爾霍夫電壓定律（KVL）,在任一瞬時(shí)，沿任一回路環(huán)行一周（順時(shí)針方向或逆時(shí)針方向），回路中各段電壓的代數(shù)和恒等于零。如果規(guī)定電位降取正號(hào)，則電位升就取負(fù)號(hào)?；鶢柣舴螂妷憾梢步谢鶢柣舴虻诙苫蚧芈冯妷憾?。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為,或者說：在任一瞬時(shí)，沿任一回路環(huán)行一周（順時(shí)針方向或逆時(shí)針方向），回路中電動(dòng)勢(shì)的代數(shù)和等于電壓降的代數(shù)和。電動(dòng)勢(shì)的參考方向與環(huán)行方向相同的取正，相反的取負(fù)（注意：電動(dòng)勢(shì)的方向是從電源的負(fù)極指向正極）；電流的參考方向與環(huán)行方向相同的，則該電流在電阻上所產(chǎn)生的電壓取正號(hào)，反之則取負(fù)號(hào)。,或改寫為,以a點(diǎn)為起點(diǎn)，順時(shí)針環(huán)行一周，取電位降為正號(hào)，電位升為負(fù)號(hào)，由基爾霍夫電壓定律得,基爾霍夫電壓定律的推廣,基爾霍夫電壓定律也可以推廣到開口回路，即廣義的回路。,或改寫為,例 已知：E1=80V，E2=100V，R1=2，I=5A，I2=2A，試用基爾霍夫定律求電阻R2和供給負(fù)載N的功率。,解 由KCL得I1I2I=0,由KVL得：,所以供給負(fù)載N的功率為,例 分別求開關(guān)S斷開和閉合時(shí)A點(diǎn)的電位VA。,解 (1) 當(dāng)開關(guān)